[发明专利]一种基于NOMA技术的D2D通信系统预编码向量优化方法

说明书

本发明公开了一种基于NOMA技术的D2D通信系统预编码向量优化方法，一个无线设备可以在具有低时延的非正交多址接入方式下直接向两个内部用户发送信息。其中，两个用户均采用连续干扰消除技术来按给定的解码顺序对信息进行解码。基于给定的服务质量要求和无线设备的发射功率的约束，通过应用半正定松弛技术和拉格朗日对偶方法获得后译码信息的最大速率和相应的预编码矢量。本发明通过优化方法获得最佳预编码向量，证明了半正定松弛的紧性，从而提高无线通信传输速率，同时降低通信系统的中断概率。本发明还提出了一种基于奇异值分解的无线通信方案，可以有效降低计算复杂度。

技术领域:

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于非正交多址接入技术(NOMA)的D2D通信系统预编码向量优化方法。

背景技术：

非正交多址(NOMA)是实现5G挑战要求的一种很有发展前途的通信方式，具有于大规模连接，高数据速率和低延迟等优点。事实证明，它是未来密集网络和物联网设备的可行解决方案。许多结合多输入多输出(MIMO)，毫米波通信和协同中继的不同NOMA设计已经出现在最近的研究中。赵蕊通过NOMA的功分多址技术利用功率来区分用户，用户可以同时、同频传输信号，大大提高了系统容量。Stelios Timotheou等学者具体研究了NOMA与单用户MIMO技术、NOMA与多用户MIMO技术结合后的相关通信资源分配算法问题。SteliosTimotheou等学者基于用户功率分配提出一种多项式算法，在求解发送用户处于瞬时信道状态和平均信道状态下的CSI来求得最优解。王茜竹等学者主要研究了NOMA下行链路的信号检测问题，通过对简单干扰消除(SIC)接收机设计、用户信号检测算法、信道编码等方面进行研究，实现了接收端用户信号有效地分离，使得系统通信性能得到较好提升。随机机会波束形成是一种用于无线系统中定向通信的信号处理技术，它首先被提出用于MIMO NOMA系统，发射机生成多个波束并在其中叠加多个用户。假设完整的信道状态信息(CSI)可用于发射机，针对下行链路多用户NOMA系统提出了基于迫零的波束成形和用户配对方案。因此，NOMA和多用户波束成形的集成有可能兼具NOMA和波束成形的优点。设备到设备(D2D) 通信使得附近的用户可以直接相互通信而不用依赖于基站，因此它是一种可靠且低延迟的通讯方式。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于非正交多址接入技术(NOMA)的D2D通信系统预编码向量优化方法，该优化方法计算复杂度低，能够显著提高无线通信传输速率，同时降低通信系统的中断概率。

技术方案：一种基于NOMA的D2D通信系统预编码向量优化方法，包括以下步骤：

步骤1：在蜂窝网络系统下，一个无线设备在具有低延迟的非正交多址协议下向内部用户1和用户2发送消息，所述用户1和用户2按给定的解码顺序对消息进行解码，给出用户 1和用户2对消息s₁和s₂的信干噪比；

步骤2：根据解码顺序，分别给出用户1和用户2的可实现传输速率；

步骤3：发射功率全部用于转发消息s₁和消息s₂，额外功率用于接收和放大无线设备中信息，确定发射功率需要满足的条件；

步骤4：基于用户给定的服务质量要求和发射功率约束，以消息传输速率最大为目标，完成优化问题的数学表达；

步骤5：定义安全中断概率来分析整个系统传输过程的通信性能，同时根据步骤2、步骤3和步骤4的分析结果，给出整个系统的传输中断概率的表达式，并推导出结果。

进一步的，所述步骤1中，基于用户消息传送公平性和约定解码顺序，分别给出用户1 发送s₁和s₂的信干噪比SINR_i,1及用户2发送s₁和s₂的信干噪比SINR_i,2：